JPH0778509A - 配向性誘電体磁器およびその製造方法 - Google Patents

配向性誘電体磁器およびその製造方法

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JPH0778509A
JPH0778509A JP5223018A JP22301893A JPH0778509A JP H0778509 A JPH0778509 A JP H0778509A JP 5223018 A JP5223018 A JP 5223018A JP 22301893 A JP22301893 A JP 22301893A JP H0778509 A JPH0778509 A JP H0778509A
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Japan
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dielectric
porcelain
oriented
dielectric ceramic
particles
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JP5223018A
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English (en)
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Keiichi Furuta
圭一 古田
Yoshiharu Fukuda
義治 福田
Takayuki Kimura
隆幸 木村
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘電体共振器を小型化でき、またコンデン
サの小型化を実現できる比誘電率が大きな配向性磁器を
提供するものである。 【構成】 三斜晶系、単斜晶系、斜方晶系、三方晶
系、六方晶系および正方晶系からなる群より選択される
結晶構造を有する誘電体磁器からなり、該誘電体磁器の
少なくとも一つ以上の結晶軸の方向が揃い誘電特性の異
方性を有する配向性誘電体磁器に関する。該配向性誘電
体磁器は、フラックス法によりアスペクト比3以上の異
方形状粒子を合成し、該異方形状粒子を成形、焼成する
ことにより製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子デバイスの小型
化、高性能化を図るのに好適な配向性誘電体磁器に関す
る。本発明の配向性誘電体磁器は、誘電体共振器の他
に、マイクロ波IC用誘電体基板、誘電体調整棒、コン
デンサなどにも適用される。
【0002】
【従来技術およびその問題点】近年、マイクロ波回路の
集積化に伴い、小型で高性能の誘電体共振器が求められ
ている。このような誘電体共振器に使用される誘電体磁
器組成物には、比誘電率εr が大きいこと、誘電損失が
小さいこと即ち無負荷Qが大きいこと、共振周波数の温
度係数τf が小さいことが要求されている。
【0003】このような誘電体磁器として従来CaTi
3 、MgO−CaO−TiO2 などを主成分とするも
のが知られているが、前者は温度係数が大きく、後者は
比誘電率εr が小さいというような問題点がある。この
ように、組成を変更、あるいは改良して上述の三つの特
性の全てを向上させることには困難があり、このためさ
らに優れた特性を有する誘電体磁器組成物が求められて
いる。
【0004】また、コンデンサについても、小さな素子
サイズで大きな静電容量を得ることが望まれている。こ
の目的のため素子を積層構造とし、一層の厚みを可能な
限り小さくする試みがなされているが、一層の厚みは数
十μm程度が限界であり未だ充分に大きな静電容量は得
られていない。このため、さらに大きな静電容量を有す
るコンデンサが求められている。
【0005】
【発明の目的】本発明の目的は、電子デバイスの小型
化、高性能化を実現できる配向性誘電体磁器を提供する
ことである。特にマイクロ波誘電体共振器材料としてさ
らに優れた特性を有する誘電体磁器、すなわち、比誘電
率および無負荷Qが大きく、共振周波数の温度係数τf
が小さい誘電体磁器を提供することにある。また、本発
明の目的は静電容量の大きなコンデンサ素子を提供する
ことにある。
【0006】
【問題点を解決するための手段】本発明は、三斜晶系、
単斜晶系、斜方晶系、三方晶系、六方晶系および正方晶
系からなる群より選択される結晶構造を有する誘電体磁
器からなり、該誘電体磁器の少なくとも一つ以上の結晶
軸の方向が揃い誘電特性の異方性を有することを特徴と
する配向性誘電体磁器に関する。
【0007】また、本発明は、焼成時に酸化物となり、
かつ三斜晶系、単斜晶系、斜方晶系、三方晶系、六方晶
系および正方晶系からなる群より選択される結晶構造を
有する誘電体磁器となるZr、Ti、Sn、Baまたは
Ndから選択される少なくとも1種の化合物を、フラッ
クス法によりアスペクト比3以上の異方形状粒子とし、
該異方形状粒子を成形、焼成することを特徴とする配向
性誘電体磁器の製造方法に関する。
【0008】本発明の配向性誘電体磁器を製造するため
に用いられる異方形状粒子としては単結晶粒子が好まし
い。異方形状粒子はフラックス法により製造することが
できる。成形方法としては、ドクターブレード法、押し
出し法などを採用することができ、これらの方法により
異方形状粒子を配向させることができる。なお、アスペ
クト比が3以上の異方形状粒子を使用する場合には、焼
成時に特に加圧する必要はなく、常圧下に異方性を有す
る配向性誘電体磁器を製造することができる。
【0009】本発明のアスペクト比の大きい粒子を用い
て作製した配向性誘電体磁器は、通常の固相法により作
製した結晶軸の方向が揃っていないランダムな結晶軸を
有する誘電体磁器に比べて比誘電率が1.05倍以上と
大きな誘電率を有する。従来公知の誘電体磁器を使用し
た誘電体共振器等は結晶軸の方向がランダムであり、焼
結体全体としてみた場合等方的であったが、本発明の誘
電体磁器は同一組成において、粒子の結晶軸の方向を異
にすることにより誘電率等を変えることができ、異方性
デバイスを作製することができる。
【0010】配向性誘電体磁器の基本組成物としては、
ZrTiO4 、TiO2 、BaNd 2 Ti4 12、Ba
Nd2 Ti5 14、Ba2 Ti9 20、BaTiO3
どを挙げることができる。さらに、これらの組成物にお
いて各元素を他の元素で置換したり、他の化合物を添加
したりすることにより電気的特性を向上させることがで
きる。例えば、ZrTiO4 においてZrの一部をSn
で置換したり、BaNd2 Ti4 12あるいはBaNd
2 Ti5 14においてNdの一部をSm、Laなどのラ
ンタニド元素あるいはBiで置換したり、さらにはBa
の一部をPbで置換したりすることができ、また、例え
ばSiO2 、MnOなどの化合物を添加することができ
る。
【0011】本発明の配向性誘電体磁器について(Zr
Sn)TiO4 組成物を例にとれば、例えば、以下のよ
うな方法により製造することができる。まず、Zr
2 、TiO2 、SnO2 および必要に応じて添加され
る微量の添加物を所望の組成となるような割合で配合す
る。この配合物に、さらにNaClなどのフラックスを
加えて15分から2時間混合する。この組成物をるつぼ
に入れ、1150〜1300℃で1時間から15時間程
度焼成する。冷却後、軽く粉砕し、沸騰水にて洗浄して
フラックスを除去し、ろ過後乾燥し、柱状のZrO2
TiO2 −SnO2 化合物を合成する。この柱状粒子に
バインダ、可塑剤、および溶剤などを加え、ドクターブ
レード法などにより、成形体を得る。この場合、粒子が
柱状形状となっているので、成形の際、各粒子はランダ
ムな方向になるのではなく、長さ方向に配向する。この
グリーンシートそのもの、あるいは、このグリーンシー
トを複数枚重ねた後、焼成する。グリーンシートはもと
もと長さ方向に結晶軸が揃っているので、焼成後、誘電
率の大きい結晶軸方向と電界方向とを一致させることに
よって大きな誘電率を実現することができる。
【0012】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に
説明する。 実施例1 酸化ジルコニウム粉末(ZrO2 )0.4モル、酸化ス
ズ粉末(SnO2 )0.1モル、酸化チタン粉末(Ti
2 )0.5モル、およびフラックスとしてNaClを
用い、らいかい機で1時間混合粉砕した。これをるつぼ
に入れ、1200℃で2時間焼成した。冷却後に洗浄、
ろ過しフラックスを分離した後、乾燥し、柱状の0.4
ZrO2 −0.1SnO2 −0.5TiO2 粒子(ZS
T)を得た。得られた柱状粒子のアスペクト比は5程度
であった。次に、この粒子をグリーンシート成形した。
成形に先だって、バインダとしてポリビニルブチラール
樹脂、可塑剤、溶剤および分散剤を添加して、ボールミ
ル混合しスラリー状物とした。このスラリー状物をドク
ターブレード法を用いて、柱状粒子の長軸が揃うように
成形し、厚み200μmのグリーンシートを作製した。
このグリーンシートを直径7mmに切断し、長軸が一定
方向に揃うようにこのグリーンシートを重ね、80℃で
熱圧着して積層した。この成形体を空気雰囲気中で脱脂
し、焼成した。加工後、25℃、10GHzにおける比
誘電率、Qの各電気的特性を導波管法により測定した。
その結果を表1に示す。
【0013】実施例2 原料としてZrO2 、SnO2 およびTiO2 を使用
し、0.4ZrO2 −0.1SnO2 −0.5TiO2
組成となるように配合するとともにフラックスとしてN
2 SO4 を加えた混合物をらいかい機で1時間粉砕混
合した。これをるつぼに入れ、1225℃で10時間焼
成した。冷却後に洗浄を行い、フラックスを除去した。
得られた柱状粒子のアスペクト比は約7であった。この
柱状粒子を実施例1の場合と同様にして配向性誘電体磁
器を作製し、評価した。その結果を表1に示す。また、
図1および図2に焼結体の異なる2面におけるX線回折
パターンを示す。ピーク強度比が異なることにより配向
性誘電体磁器が得られていることが確認できた。
【0014】実施例3 フラックスとしてNaCl−Na2 SO4 を使用した以
外は実施例1と同様にして約10のアスペクト比を有す
る柱状粒子を得た。この柱状粒子を実施例1の場合と同
様にして配向性誘電体磁器を作製し、評価した。その結
果を表1に示す。
【0015】比較例1 原料としてZrO2 、SnO2 およびTiO2 を使用
し、0.4ZrO2 −0.1SnO2 −0.5TiO2
組成となるように配合し、エタノールを溶媒としてボー
ルミル混合した。溶媒を除去後、1200℃で2時間仮
焼した。この仮焼粉をボールミル粉砕し、溶媒を除去後
乾式プレスして得られた成形体を1620℃で2時間焼
成した。その後実施例1と同様に電気的特性を測定し
た。その結果を表1に示す。
【0016】実施例4 組成をZrO2 0.42モル、SnO2 0.08モル、
TiO2 0.5モルに代えた他は実施例1と同様にして
誘電体磁器を作製し、評価した。その結果を表1に示
す。
【0017】実施例5 組成をZrO2 0.42モル、SnO2 0.08モル、
TiO2 0.5モルに代えた他は実施例2と同様にして
誘電体磁器を作製し、評価した。その結果を表1に示
す。
【0018】実施例6 組成をZrO2 0.42モル、SnO2 0.08モル、
TiO2 0.5モルに代えた他は実施例3と同様にして
誘電体磁器を作製し、評価した。その結果を表1に示
す。
【0019】比較例2 組成をZrO2 0.42モル、SnO2 0.08モル、
TiO2 0.5モルに代えた他は比較例1と同様にして
誘電体磁器を作製し、評価した。その結果を表1に示
す。
【0020】
【表1】
【0021】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の配向性磁
器は、特に比誘電率が大きく、高周波数帯域で使用され
る誘電体共振器材料の小型化、あるいはコンデンサの小
型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の配向性誘電体磁器のX線回折パターン
を示す図である。
【図2】本発明の配向性誘電体磁器のX線回折パターン
を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01B 3/12 320 9059−5G

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三斜晶系、単斜晶系、斜方晶系、三方
    晶系、六方晶系および正方晶系からなる群より選択され
    る結晶構造を有する誘電体磁器からなり、該誘電体磁器
    の少なくとも一つ以上の結晶軸の方向が揃い誘電特性の
    異方性を有することを特徴とする配向性誘電体磁器。
  2. 【請求項2】 焼成時に酸化物となり、かつ三斜晶
    系、単斜晶系、斜方晶系、三方晶系、六方晶系および正
    方晶系からなる群より選択される結晶構造を有する誘電
    体磁器となるZr、Ti、Sn、BaまたはNdから選
    択される少なくとも1種の化合物を、フラックス法によ
    りアスペクト比3以上の異方形状粒子とし、該異方形状
    粒子を成形、焼成することを特徴とする配向性誘電体磁
    器の製造方法。
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